GÉNIE CHIMIQUE

L' industrialisation de la réaction chimique consiste à mettre en œuvre celle-ci dans les conditions les plus économiques qui soient et en travaillant, le plus souvent, sur des masses considérables. C'est au génie chimique de définir les installations où se déroulent les réactions chimiques et leurs conditions d'exploitation.

Le chimiste de laboratoire s'intéresse surtout au mécanisme des réactions, par exemple à la nature des états activés des molécules ; il raisonne à l'échelle de la liaison chimique et des structures moléculaires, c'est-à-dire à l'échelle du nanomètre. L'ingénieur qui met en œuvre la réaction chimique s'attaque en fait à des phénomènes macroscopiques qui, malgré leur prodigieuse diversité apparente, sont presque toujours des phénomènes de transfert d'un point à un autre, ou d'une phase à une autre (transferts de masse, d'énergie, de quantité de mouvement), qui accompagnent ou conditionnent les opérations chimiques ou physiques. S'il n'ignore pas le jeu de destruction et de restructuration de l'architecture fine de la matière, ce n'est pas cette connaissance qui est le plus utile à son action, mais celle des cinétiques globales des transformations, commandées à la fois par la vitesse des réactions chimiques (liée à leurs mécanismes intimes) et par les mécanismes qui assurent la rencontre des molécules. Le génie chimique s'intéresse donc aux différents courants tels que les courants des composants (ou de leur masse totale, complétée par la connaissance des diverses concentrations), le flux de chaleur et plus généralement d'énergie, les quantités de mouvement, etc. ; mais il lui faut connaître en outre les variables qui caractérisent en chaque point l'état du système (pression, température...).

Historique et méthodologie

Le génie chimique est une science relativement récente. Le premier ouvrage didactique, The Handbook of Chemical Engineering (Manuel de génie chimique), a été écrit en 1901 par George E. Davis, professeur à la Manchester Technical School ; il analyse les technologies des procédés chimiques en les ramenant à une série d'opérations fondamentales : distillation, évaporation, séchage, etc., et décrit les opérations comme des procédures d'utilité pratique, sans les rattacher à des concepts physiques fondamentaux. Il s'agit d'une approche « chimie industrielle », principalement d'origine européenne, dans laquelle ingénieurs chimistes et ingénieurs mécaniciens forment équipe pour fabriquer des produits à grande échelle.

L'autre approche, correspondant à la conception surtout américaine du génie chimique, a repris l'analyse de Davis, en lui donnant les bases physiques indispensables. Elle s'est matérialisée par la publication en 1923 d'un ouvrage de Walker, Lewis et McAdams, professeurs au Massachusetts Institute of Technology, Principle of Chemical Engineering. Spécialistes de chimie industrielle, ces ingénieurs ont fait la même constatation que Davis : les grands procédés de l'industrie chimique font toujours intervenir les mêmes opérations physiques, couplées à des réactions chimiques spécifiques. Ils ont proposé une nouvelle présentation de la chimie industrielle, qui était jusqu'alors essentiellement descriptive, en donnant aux diverses opérations physiques le nom d'opérations unitaires et en définissant les concepts nécessaires aux calculs prévisionnels.

En France, il a fallu attendre 1938 pour que les professeurs J. Cathala et M. Letort définissent le génie chimique comme la science de l'ingénieur ayant pour objet de concevoir, de calculer et de faire fonctionner, à l'échelle industrielle, l'appareillage dans lequel s'effectuent des transformations physiques ou chimiques.

Cette première étape unificatrice[...]